Vjerovatno ste primijetili da tokom oluje prvo što vidite je bljesak svjetlosti - munja - nakon čega slijedi zvuk munje. To je zbog brzine zvuka . Naučnici su otkrili maksimalnu brzinu kojom zvuk može putovati kroz zrak. Ovo je prilično važno u fizici. Više o ovom fenomenu možete saznati u članku " Sve što trebate znati o munjama ".
Stoga ćemo ovaj članak posvetiti tome da vam kažemo sve što trebate znati o brzini zvuka i načinu na koji se širi.
Brzina zvuka
Brzina kojom se zvučni val širi zavisi od karakteristika medija kroz koji putuje, a ne od karakteristika samog vala ili sile koja ga proizvodi. Ova brzina širenja zvuka naziva se i brzina zvuka. U Zemljinoj atmosferi, na temperaturi od 20°C, brzina zvuka je 343 metra u sekundi. Brzina zvuka varira u zavisnosti od medija kroz koji putuje, a razumijevanje načina na koji se širi pomaže nam da bolje razumijemo određene karakteristike medija. Kada se promijeni temperatura medija za širenje, mijenja se i brzina zvuka. To je zato što povećanje temperature dovodi do povećanja frekvencije interakcija između čestica koje nose vibracije, što rezultira povećanjem brzine vala.
Generalno govoreći, brzina zvuka u čvrstim materijama je veća nego u tečnostima, a brzina zvuka u tečnostima je veća nego u gasovima. To je zato što što je više čvrste materije, to je veći stepen kohezije atomskih veza, što pogoduje širenju zvučnih talasa. Ako želite saznati više o ovoj temi, pogledajte naš članak o zvučnoj barijeri.
Brzina širenja zvuka prvenstveno zavisi od elastičnosti medija kroz koji se kreće. Elastičnost se odnosi na sposobnost vraćanja u prvobitni oblik.
Šta je zvuk
Zvuk je val pritiska koji se može širiti kroz zrak kompresijom i depresijom. Zvuk koji percipiramo oko sebe je jednostavno energija generirana vibracijama koje se šire kroz zrak ili bilo koji drugi medij, a može se primiti i čuti kada dođe do ljudskog uha. Znamo da se zvuk širi u obliku valova.
Valovi su vibracijski poremećaji u mediju koji prenose energiju s jedne tačke na drugu bez direktnog kontakta među njima. Možemo reći da val nastaje vibracijom čestica medija kroz koje prolazi; to jest, proces širenja odgovara uzdužnom pomjeranju (u smjeru širenja) molekula zraka. Područje najvećeg pomjeranja pojavljuje se tamo gdje je amplituda promjene pritiska nula i obrnuto.
Zvuk u zvučniku
Zrak u cijevi sa zvučnikom na jednom kraju i zatvorenim krajem na drugom vibrira u valovima. Uzdužno je statičan. Prirodni modovi vibracije cijevi s ovim karakteristikama odgovaraju sinusoidnom valu, čija je valna dužina takva da postoji tačka nulte amplitude. Čvor za bijeg nalazi se na kraju zvučnika i zatvorenom kraju cijevi, jer se zrak ne može slobodno kretati zbog zvučnika, odnosno završnog poklopca cijevi. U ovim čvorovima imamo maksimalnu varijaciju pritiska, antinodu ili antinodu, stojnog vala.
Brzina zvuka u različitim medijima
Brzina zvuka varira ovisno o mediju kroz koji se zvučni val širi. Također se mijenja s temperaturom medija. To je zato što povećanje temperature uzrokuje povećanje frekvencije interakcija između čestica koje prenose vibracije, a povećanje ove aktivnosti povećava brzinu. Ovaj fenomen je direktno povezan sa širenjem zvuka kroz prostor.
Na primjer, zvuk može putovati na velike udaljenosti u snijegu. To je zbog refrakcije ispod snijega, koji nije homogen medij. Svaki sloj snijega ima drugačiju temperaturu . Dublji slojevi, gdje sunčeva svjetlost ne može doprijeti, hladniji su od površine. U ovim hladnijim slojevima blizu tla, brzina širenja zvuka je sporija.
Generalno govoreći, brzina zvuka je veća u čvrstim materijama nego u tečnostima, i veća u tečnostima nego u gasovima. To je zato što što je veća kohezija atomskih ili molekularnih veza, to je supstanca jača. Brzina zvuka u vazduhu (na temperaturi od 20°C) je 343,2 m/s.
Pogledajmo brzinu zvuka u nekim medijima:
- U zraku, pri 0 ° C, zvuk putuje brzinom od 331 m / s (pri svakom stepenu Celzijusa temperatura raste, brzina zvuka se povećava za 0,6 m / s).
- U vodi (na 25 ° C) iznosi 1593 m / s.
- U tkivima je 1540 m / s.
- U drvetu je 3700 m / s.
- U betonu je 4000 m / s.
- U čeliku je 6100 m / s.
- U aluminijumu je 6400 m / s.
- U kadmijumu je 12400 m / s.
Brzina širenja talasa pritiska je veoma važna u proučavanju rezonancije u usisnoj grani klipnog motora i zavisi od karakteristika okoline. Na primjer, za gasove, isparena smjesa u usisnoj grani ili sagoreni gasovi u ispušnoj grani zavise od njihove gustine i pritiska. Postoji važna veza između brzine zvuka i gradijenta pritiska.
Vrste talasa koji se šire
Postoje dvije vrste valova: uzdužni i poprečni.
- Uzdužni val: Talas u kojem čestice medija vibriraju s jedne strane na drugu u istom smjeru kao i val. Medijum može biti čvrst, tečan ili gasovit. Stoga su zvučni valovi uzdužni.
- Poprečni val: Talas u kome čestice u mediju vibriraju gore -dole "pod pravim uglom" prema smeru kretanja talasa. Ovi se valovi pojavljuju samo u čvrstim tijelima i tekućinama, a ne u plinovima.
Ali zapamtite da valovi putuju u svim smjerovima, pa ih je lakše zamisliti kao prolazak kroz sferu.
Nadam se da uz ove informacije možete saznati više o brzini zvuka i njegovim karakteristikama.